电力变压器及其继电保护设计要点探究

电力变压器及其继电保护设计要点探究

毛少军康中山

北京绿色动力再生能源有限公司北京市101500

摘要：文章主要分析电力变压器运行中的常见故障及其原因，介绍电力变压器运行中所用继电保护的特点，并重点研究电力变压器及其继电保护的设计要点，以供参考。

关键词：电力变压器；继电保护；设计

1引言

在我国经济快速发展以及人们生活水平不断提高的形势下，我国社会对电能的需求量不断增加，对电力供应的依赖程度不断提高，使得电能成为我国国民经济发展的重要基础之一，所以对电能供应的质量和可靠性提出了较高的要求，给电力公司带来较大的压力。而在目前智能化电网系统的建设过程中，电力系统的技术含量和复杂程度不断提高，增加了电力系统运行的风险以及检修维护的难度，尤其是电力系统中电力变压器，需要在其运行过程中确保正常供电，还要做好其继电保护工作，确保其安全、可靠和稳定运行。

2电力变压器的常见故障

电力变压器的运行状态主要分为正常运行和带病运行两种状态，所以对其常见故障的分析也应从这两种状况进行分别讨论。在电力变压器的正常运行状态下，其常见的故障可以分为变压器油箱内部故障和外部故障两大类，且以前者的故障为主。对于变压器油箱内部故障来说，由于其内部无法在日常巡检过程中对其进行检查，所以在长时间的运行过程中容易发生故障，也成为电力变压器中最常发生故障的部位之一。而变压器的外部故障则主要以油箱的引出线相接短路和接地短路，以及油箱外部绝缘材料受到破坏等原因而引起的故障类型为主。其常见的变压器油箱内部故障主要表现在以下几点。

2.1变压器油箱内部的线圈、铜导线等的老化问题

由于变压器在运行过程中对内部的干燥性有着较高的要求，且在变压器加入变压器油进行运行之前需要通过相应的干燥操作。但是由于变压器本身所用的绝缘材料中还有少量的水分，但是由于变压器的体积较大，所用的绝缘材料较多，所以其内部含有的水分总量也较多，在线圈和铜导线等长时间位于油箱内部而无法被检查和维护的原因下，就容易出现老化等现象而无法被及时发现，所以会影响其内部元件的正常使用，导致变压器油箱内部出现相应的故障。

2.2表现为油箱内部的短路故障。

此故障主要是由于绝缘层被破坏而引起的，主要表现为相间短路、单相接地短路以及匝间短路等形式。其中引起匝间短路的原因主要是由于变压器中的同一个绕组是由多个匝线绕制而成的，当其中一个匝线的绝缘层被破坏或出现其他故障时，就会导致叠在一起的线圈也同时发生短路故障。而一旦变压器内部出现短路故障，就会导致其中出现故障的一部分绕组无法发挥其作用，就会出现电机磁场不对称的问题，从而减少线圈的电阻大小，增加线圈中的电流大小，同时还会导致电机的振动故障增强，因而降低电机的出力，影响电力系统运行的效率。

2.3油箱内部的气体和温度增加

引起油箱内部气体增加的主要原因可能是油箱内发生短路故障时会导致短路电流产生电弧，在电弧的破坏作用下会导致铁芯烧毁以及绝缘的破坏，还会对变压器油和绝缘材料起到加热作用而分解出大量的气体，由于变压器油箱内部处于密封状况，如果这些气体无法及时排出而不断积聚，达到一定压力之后就容易发生爆炸危害。而油箱内部温度增加即内有温升异常问题，主要是由于油箱内部在长时间的工作状态下，其内部元件的正常工作本身存在一定的电能损耗，将电能转换为热能散发并损失掉，而如果此时没有采取及时有效的散热措施，就容易导致油箱内部的温度不断积聚且把热量传递给变压器油，导致油温上升并造成变压器油的分解和氧化，并加速绝缘的老化和失效，因而会大大增加出现变压器内部故障的概率。

此外，一旦变压器运行过程中出现超出其额定承载参数范围或者出现故障而没有及时处理，则会进入带病运行的状态，此时如果没有及时检查出故障问题而长时间带病运行，就会导致故障的扩大化并增加故障所造成的危害，比如出现绕组、铁芯或者变压器内部其他金属构件的温度不断升高，从而造成变压器绝缘失效，导致出现变压器内部短路、线路或元器件烧毁，以致出现停机等严重的故障发生。

3电力变压器继电保护

电力变压器中继电保护的特点主要表现在以下几个方面：一是具有较高的可靠性。继电保护的可靠性主要是指继电保护的装置在变压器运行过程中不会出现误动以及拒动的问题。不仅需要继电保护在达到一定的整定值时，即在需要继电保护发生动作时才能做出反应并发生保护动作，且需要继电保护在其保护的范围之内，一旦变压器发生故障并达到其整定值就立即快速做出反应来保证变压器的安全。二是具有较高的灵敏性。变压器继电保护的灵敏性就要求当变压器出现故障并达到继电保护的整定值时，在规定的较短的时间内必须做出保护动作，且继电保护在任何系统运行方式下都应做出可靠动作来对线路电流进行调节。三是具有实用性的特点。此特点就要求继电保护在对系统中运行的参数数据进行分析的基础上就可以对系统运行中的问题进行解决，并且可以对系统中的运行参数进行统计和分析，采用远程监控的方式来确保继电保护的正常运行，保证变压器的安全和可靠运行，还要确保继电保护装置的操作简单以及实用。

4电力变压器及其继电保护设计要点分析

4.1差动保护的设计要点

电力变压器运行中所采用的差动保护的设计要点主要包括纵联差动保护设计的有效性、差动保护装置数量的选择以及差动保护中CT二次绕组的设计三个方面。对于纵联差动保护设计的有效性，主要是要遵循电力变压器低压侧与高压侧互感器环流接线的原则，且需要在高压侧引出线的部分进行差动保护装置的安装。对于差动保护装置数量的确定，则需要在设置了断路器的变压器中，在变压器与发电机之间安装独立的差动保护装置。否则，对于容易低于100MVA的变压器，应与发电机共用差动保护装置，而超过100MVA则需要而二者分别设置差动保护装置。最后在设置CT二次绕组时，如果是第一套差动保护回路则需要进行CT绕组的独立连接，且需要保证旁代可以切换，否则只需要在主变套管中进行CT绕组的连接，且不需要再次切换旁代。

4.2瓦斯保护的设计要点

此种保护的主要作用就是对变压器油箱内部的气体增加故障进行保护，但是此种保护装置在运行过程中容易受到运行环境中温度和湿度的影响而出现误动的问题，影响其运行的可靠性，所以在对其进行设计时，应结合其他的如励磁保护、过电流保护等保护形式，提高此种保护效率的同时，确保此种保护的可靠性。

4.3过电流保护的设计要点

此种保护装置的主要作用就是对电力变压器的各侧母线的故障进行保护，在对其进行设计时应根据不同的电压侧进行设计。通常在低压侧采用三相式三卷变压器，在变压器的中压侧和高压侧分别设置复合电压闭锁过流保护，间隙保护以及零序方向的过电流保护，而在低压侧使用复合电压闭锁过流保护。同时，在低压侧还安装了一套低电压锁闭元件。

5结语

电力变压器运行的可靠性对电力系统运行的整体可靠性有着重要的作用，这就需要在分析电力变压器运行中的常见故障及其原因的基础上，按照相应继电保护的特点和设置原则，对重要环节和功能进行重点设计，确保其具有可靠性、灵敏性和实用性的特点，保证电力系统的稳定、可靠和安全运行。

参考文献：

[1]李俊狄.关于电力变压器继电保护设计的探究[J].建筑工程技术与设计,2016(6).

[2]郭玉涛.电力变压器故障类型分析与继电保护设计研究[J].科技展望,2016,26(20).